El procesador (CPU): funcionamiento, arquitectura y tipos

El Procesador (CPU)

Definición y Ubicación

El procesador (CPU) es el cerebro del ordenador, responsable de ejecutar las aplicaciones y procesar las instrucciones. Se encuentra ubicado en la placa base, en un conector llamado socket. Su arquitectura se basa en la conexión de millones de transistores.

Funciones Principales

• Procesar datos: Transforma los datos de entrada para producir los resultados de salida.
• Gestionar instrucciones: Recibe, ejecuta e interpreta las instrucciones enviadas por los programas.
• Manipular información: Procesa millones de instrucciones por segundo.

Partes del Procesador

• Núcleo: Es un procesador en miniatura. Un procesador con varios núcleos puede trabajar con más aplicaciones simultáneamente y de forma más rápida.
• Caché: Memoria ultrarrápida que aumenta la velocidad de acceso a los datos. Si el sistema encuentra un dato en la caché, no necesita buscarlo en la memoria RAM, lo que acelera el proceso.
• Controlador de memoria: Optimiza el acceso a la memoria RAM, haciéndolo más rápido.
• Buses de sistema: Gestionan las conexiones entre los diferentes elementos de la placa base.
• Tarjeta gráfica: Cuando la tarjeta gráfica está integrada en el procesador, este deja de ser una CPU y se convierte en una APU (Unidad de Procesamiento Acelerado).

Funcionamiento del Procesador

1. Lee una instrucción del programa.
2. Lee los datos que incluye la instrucción.
3. Procesa la información y envía los datos a la memoria.
4. Continúa con la siguiente instrucción.

Datos e Instrucciones

Los procesadores utilizan una arquitectura en la que tanto los datos como las instrucciones se leen desde la misma memoria.

Componentes del Procesador

• Registros
• Unidad Aritmético Lógica (ALU)
• Unidad de Control: coordina el funcionamiento de los demás componentes.

Ejecución de una Instrucción

1. La unidad de interfaz con el bus lee la siguiente instrucción del programa.
2. Decodifica y traduce la instrucción, enviándola a la unidad de control para que decida qué hacer.
3. Si la instrucción requiere una operación matemática, se envía a la ALU.
4. La ALU realiza la operación y guarda el resultado en un registro.
5. La unidad de control pasa el resultado a la interfaz del bus.
6. La unidad de interfaz con el bus escribe el resultado de la instrucción en la memoria RAM.

Tipos de Procesadores: CISC y RISC

Procesadores CISC (Computadora con Conjunto de Instrucciones Complejo)

Se basan en la microprogramación, donde las instrucciones complejas se decodifican y ejecutan internamente mediante un conjunto de microinstrucciones almacenadas en la memoria ROM (memoria de solo lectura). Ejemplos: Intel x86 y AMD x86-64.

Procesadores RISC (Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducido)

Su objetivo es ejecutar las instrucciones lo más rápido posible, sin necesidad de ahorrar esfuerzos que provienen del software. Ejemplo: Atmel AVR.

Instrucciones de un Procesador

• Aritméticas
• Lógicas
• Control de flujo
• Movimiento de datos
• Instrucciones de comparación, entrada y salida, control, desplazamiento y bits.